EM恒張力電纜卷筒在磁盤類天車的應用及改進

柯雄威

（天津鋼鐵有限公司煉鋼廠，天津300301）

0 引言

磁盤類天車廣泛應用于鋼鐵生產工藝的各個環節。轉爐爐前廢鋼加入、爐后廢渣精撿，連鑄鋼坯運輸、存放、精整等都需要利用天車進行吊運。磁盤類天車主要是利用磁盤吸力吸住金屬物質進行裝卸運輸，而磁盤吸力是通過電纜卷筒上的電纜把直流電輸送到磁盤進行工作，因此電纜卷筒的好壞直接影響了磁盤天車的工作效率。

本廠使用EM型恒張力電纜卷筒，以加料低跨磁盤天車的使用狀況為例，介紹其應用情況與改進方法。低跨的環境條件概括如下：絕對標高：+8.5 m；最高氣溫：+43℃；最低氣溫：-20℃；廠房內工作。

1 EM型恒張力電纜卷筒的結構與工作原理

1.1 基本結構

EM型恒張力電纜卷筒由卷筒骨架、渦輪蝸桿減速箱、集電器、膜盤式聯軸器、電機及各種繼電器及交流接觸器等部件組成。

1.2 工作原理

1.2.1 膜盤式聯軸器的工作原理

膜盤式聯軸器與常見聯軸器形式不同，聯軸器結合部不是通過螺栓連接，而是靠摩擦力帶動轉動。聯軸器由渦輪膜盤、套筒膜盤、壓簧和調節鎖母組成。蝸輪齒輪兩側表面刻痕，形成膜盤，與之相對的是另兩張刻痕膜盤。聯軸器膜盤刻痕如圖1所示。

圖1 聯軸器膜盤刻痕圖

其中一個刻痕盤由鎖緊螺母通過彈簧推動而與齒輪膜盤緊密連接。當電機通電時，由于刻痕的存在，摩擦力很大，齒輪盤轉動進而帶動套筒膜盤轉動，卷筒隨之運轉。當需要調節卷筒速度時，通過松緊調解螺母，進而調節膜片與齒輪盤的間隙，增大或者減小摩擦力，達到調節輸出扭矩的作用。

1.2.2 恒張力電纜卷筒的工作原理

電纜卷筒由電機將扭矩輸送至渦輪蝸桿齒輪箱，經減速機減速后，扭矩由膜盤式聯軸器傳遞至卷筒，驅動其轉動而纏繞電纜。天車使用的磁盤是由起升電機帶動升降，當磁盤上升時卷筒電機得電，卷筒向收攬方向轉動。當磁盤下降時，電纜拖曳卷筒，膜盤聯軸器的兩盤打滑，卷筒轉動電纜放開。同時，由于膜盤聯軸器還處于接觸狀態，摩擦扭矩還在，因而電纜在下降過程中始終保持張緊狀態。

1.3 恒張力電纜卷筒的結構

恒張力電纜卷筒如圖2所示。

圖2 恒張力電纜卷筒結構圖

減速箱在中間，上面連接電機端，輸入動力；左側為集電箱，將電源從直流柜引入后，由空心軸輸送至卷筒上的電纜；右側為卷筒骨架，與空心軸相連，從空心軸引出的電纜纏繞在卷筒表面，兩側有環形架防止電纜脫落。

減速箱內部為渦輪蝸桿機構。渦輪膜盤居中，與齒輪連接的是蝸桿，蝸桿處在電機輸入端；右側是輸出端膜盤和支撐軸承，輸出端軸連接至卷筒；左側是另一膜盤輸出端，有膜盤、彈簧、調節鎖母。通過調節桿可以調節膜盤與齒輪盤的間隙，進而調節扭矩的大小。

2 恒張力電纜卷筒的工作特性

從上述工作原理及結構形式可以看出，其有下列幾項特性：

（1）體積小，便于其在天車起升機構有限空間內的布置；結構緊湊，方便安裝和保養維護；功能齊，能夠滿足生產變化需要。

（2）膜盤式聯軸器能保證傳遞的力矩不隨負載變化，保護驅動電機不過載，保持電纜承受恒張力，并且根據需要可以隨時調節張力，張力調節范圍也大。

（3）同步性能優異。由于膜盤聯軸器良好的打滑性能，卷筒收放纜速度能夠同步于磁盤的升降速度。

（4）自鎖性強。電纜卷筒的電機在工作時有可能因為自身或其它原因導致斷電，此時渦輪蝸桿副機構自動自鎖，這樣纏繞在卷筒上的電纜就不會滑落。

（5）電纜卷筒電機在使用過程中有可能因為某種原因產生反轉趨勢，這樣卷筒上的電纜就會瞬間送脫，發生故障。為杜絕此類隱患，在電機軸上安裝有單向軸承，可以防止卷筒反轉。

3 恒張力電纜卷筒的安裝、使用與維護重點

（1）因為電纜在包裝時會產生內應力，所以卷筒更換電纜時要將其釋放，即將電纜完全松開后再纏入卷筒。同時電纜應嚴格按設計要求的規格使用，不能替換。

（2）電纜卷筒安裝時，應用螺栓固定在小車底座上，如果原設計中沒有基座，也可以采用焊接方法安裝在合適位置。另外，為保證電纜在卷筒上有序纏繞，卷筒須放水平，其軸心線與磁盤升降方向垂直，同時卷筒探出磁盤外側。

（3）恒張力電纜卷筒接線圖如圖3所示。

圖3 恒張力電纜卷筒接線圖

在集電箱接入電源時，電纜引線連在A（黃）、B（綠）、C（紅）、O（黑）4個滑環的電刷上，為防止虛燒，務必連接牢靠，連接后的電纜即通過空心軸將動力傳遞至磁盤。

（4）由于操作室聯動臺同時控制電纜卷筒和起升電機，因此兩者同步啟動。但是后者停止時，電纜卷筒必須延遲幾秒斷電，以防止扯斷電纜。

（5）膜盤聯軸器的力矩調整應大小合適。如果過大，容易造成卷筒結構和電纜負載增加，使用壽命降低。如果過小，電纜容易松脫。

（6）調整力矩應使用卷筒自帶的透氣塞。調節方法是：將透氣塞擰出，倒裝入原孔內，面對卷筒轉動卷筒。如果想增大卷取力矩，則順時針轉動卷筒。如果想減小卷取力矩，則反向調整卷筒。調整過程中，采取措施防止異物帶入或掉入箱體內。調整完后，恢復透氣塞至原位。

（7）電纜卷筒的潤滑。新卷筒安裝時，減速箱內加入220#中極壓齒輪油潤滑。使用滿3個月后，排凈全部污油，然后用煤油或柴油潔凈內箱后再次注入新油，油量達到油標中部即可。以后定期檢查更換潤滑油。

（8）電刷和滑環檢查。電刷和滑環屬于易損部位，如滑環出現電蝕或燒傷，應用細砂布磨光或機加工拋光，以保證電刷能緊密接觸滑環。當檢查發現電刷磨損達原高度的一半時，立即更換。

4 電纜卷筒在使用過程中存在的問題及改進

4.1 日常使用中發生的故障及原因

從實際使用看，電纜卷筒發生過的故障有：電纜拉斷、接觸器故障、滑環磨損快、電機損壞、膜盤刻痕磨損嚴重等等。較常見的是前3種故障，較嚴重的是后2種故障。

故障產生的客觀原因是生產節奏緊張，天車磁盤使用頻繁。以低跨兩部磁盤天車為例，每爐鋼需要兩斗廢鋼，每斗廢鋼使用磁盤數平均在20次，每天出鋼數大約在110爐左右，每天每個電纜卷筒工作頻次在2200次左右，這樣電氣元件頻繁的動作，使電纜一直處于被拉扯狀態，使用壽命大大降低；另外，電機啟動頻繁，加速沖擊較大，長期處于工作狀態，極易造成電機短路、開路等故障。

發生故障后，需要進行緊急處理。電氣元件更換簡單，時間短，不會影響生產節奏。膜盤刻痕磨損問題不具備在線處理條件，且發生頻次少，不具有緊迫性，可以利用生產間隙下線處理。但是電機故障檢修困難，處理時間長，對生產影響較大，且電機成本較高，不能多備。因此選擇降低電機故障率，延長電機使用壽命作為改進方向。

4.2 改進方案

電纜卷筒原電氣設計工作原理如圖4所示（電磁吊型）。

圖4 電氣工作原理圖

改進后的電氣工作圖如圖5所示。

對比圖4及圖5可知，在電氣控制線路中引入了變頻器，變頻器獨立于電纜卷筒布置，體積小，功能實用，國產化，價格較電機便宜。在原設計中，電纜卷筒直接使用工頻電源驅動。工頻電源驅動的缺點是：輸出電壓和頻率同時全部加在電機上，造成電機的啟動電流過大，產生強大的機械沖擊，降低了電機及附屬設備的使用壽命。而使用變頻器后，在啟動時，變頻器能夠將輸入電機的電壓和頻率逐漸加入，減小了起動電流和沖擊；在使用過程中，變頻器能夠隨時調節電機相關參數以匹配工況的變化，將這種變化對電機的影響降到最低。

圖5 改進后的電氣工作圖

4.3 改進后效果

改進后，采用變頻器對電機的啟動速度、工作狀態進行了優化處理，降低了電機的起動轉矩和最大轉矩，減小沖擊，實現了精確控制和保護，達到了延長電機使用壽命的目的。

同時，改進后延長了電機的加減速時間，峰值電流降低，對系統中的電器元件，如各種繼電器、接觸器、集電器內的電刷等較為有益。在變頻器容許過載時間內，減少了對膜盤聯軸器的沖擊，延長了膜盤使用壽命，降低了電纜卷筒的維護成本。

5 結語

由于磁盤天車在生產環節中的重要作用，對于電纜卷筒的可靠性必須予以重視。只有加強設備維護保養，不斷地改進設計，才能降低電氣元件和機械部件的損壞頻率，延長電纜卷筒的整體壽命，發揮磁盤天車的系統性能，滿足生產需要。